전력계통의 구성 및 운용

Power System Operation

전력계통 운용은 발전-송전-배전 계층에서 주파수와 전압을 수요에 맞추는 운전이에요. 주파수는 유효전력 균형, 전압은 무효전력 제어에 민감하고, 등증분연료비로 경제급전을 해요. 60Hz 정격과 조속기 동작이 기본 감각이에요. 부하와 증분연료비 슬라이더로 급전·주파수 관계가 어떻게 움직이는지 살펴봐요.

발전소에서 가정까지: 전력계통 계층

🏗️ 전력계통 = 3단계 변환

①발전 → 승압변전소: 11~22kV → 345/765kV (손실 최소화)

②송전선로: 초고압으로 장거리 이송

③강압변전소 → 배전: 22.9kV → 220V (가정 공급)

주파수 제어: 발전량 = 수요량

부하 [%]50%

⚖️ 주파수가 왜 60Hz인가?

①발전량 > 수요량 → 주파수 60Hz 초과 → 조속기가 출력 감소

②발전량 < 수요량 → 주파수 60Hz 미만 → 조속기가 출력 증가

③수하특성: 주파수↓ 시 자동으로 출력↑하는 발전기 고유 특성

주파수·전압 제어 공식

속도조정률 (조속기)

R = f₀ - f_FLf₀ × 100 [%]

f₀: 무부하 주파수, f_FL: 전부하 주파수. 보통 3~5%

전압-무효전력 제어

전압↓ → 콘덴서 투입 (Q 공급) → 전압 회복

유효전력 P ↔ 주파수 f, 무효전력 Q ↔ 전압 V

경제부하배분(ELD): 최소 비용으로 공급

증분연료비 λ30

등증분연료비 법칙

dF₁dP₁ = dF₂dP₂ = ··· = λ

모든 발전기 증분연료비가 같을 때 총 연료비 최소

💰 경제급전 원리

①발전기마다 연료비 특성 다름: F(P) = aP² + bP + c

②λ(증분연료비) = dF/dP = 2aP + b → 출력에 따라 다름

③λ를 같게 맞추면 → 총 비용 최소 (라그랑주 최적화)

시험 총정리

주파수 제어

1차: 조속기, 2차: AFC

자동주파수제어

속도조정률

R = Δff₀ × 100

≈ 3~5%

경제부하배분

λ = dF/dP → 모든 기 동일

F(P) = aP²+bP+c

P↔f, Q↔V

유효전력→주파수, 무효전력→전압

제어 쌍 암기

🎯 시험 포인트

①주파수: 유효전력(P)와 연관, 전압: 무효전력(Q)와 연관

②조속기 수하특성: 주파수↓ → 출력↑ (자동 보상)

③등증분연료비 법칙: 경제급전 문제에서 λ 같게 맞추기

④AFC(자동주파수제어) = 2차 조속기 제어 = 주파수 완전 복원

⑤루프운전: 2개 이상 계통 연계 → 신뢰도↑, 조류 제어 필요

📝 대표 기출문제

①[기출유형] F₁=0.01P₁²+8P₁+100, F₂=0.02P₂²+6P₂+80일 때 총부하 200MW의 경제배분은? (풀이: λ=0.02P₁+8=0.04P₂+6, P₁+P₂=200 연립)

②[기출유형] 속도조정률 4%인 발전기의 무부하 주파수가 62.4Hz일 때 전부하 주파수는? (답: f₀×(1-R)=62.4×0.96=59.9Hz)

③[기출유형] 유효전력과 무효전력이 각각 어떤 전기량과 관련되는지 쓰시오. (답: P↔주파수, Q↔전압)